Анотація до роботи:

Кузема П.О. Властивості хімічно модифікованих високодисперсних кремнеземів з гідрофільно-гідрофобною поверхнею. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 01.04.18 – фізика і хімія поверхні. – Інститут хімії поверхні НАН України, Київ, 2004.

Дисертацію присвячено дослідженню впливу ступеня диметил- і триметилсилілювання поверхні пірогенного кремнезему на його гідрофільно-гідрофобні, структурно-механічні та адсорбційні властивості по відношенню до полярних (вода) і неполярних (гексан, декан) речовин, деяких біомолекул (вітамін В₁ у водному середовищі). В роботі також висвітлено результати теоретичної оцінки можливостей проведення хімічного збирання на частково триметилсилільованій поверхні за участю кремнійорганічних сполук і результати експериментальних досліджень термостимульованих хімічних перетворень на поверхні метилсилільованих кремнеземів.

Встановлено, що енергії активації утворення метану й етилену внаслідок термодеструкції метилсилільних груп практично не залежать від ступеня хімічного модифікування поверхні пірогенного кремнезему. Теоретично показано, що величини енергій активації взаємодії силанольних та диметилсиланольних груп з диметилдихлорсиланом є близькими. Виявлено, що з підвищенням ступеня модифікування швидкість змочування пірогенного кремнезему водою та деканом змінюється не монотонно, проявляючи при ступені модифікування 0,2 мінімум в першому, і максимум – в другому випадку. Знайдено, що значення ступеня модифікування, яке характеризує перехід від гідрофільного кремнезему до гідрофобного, становить 0,55. Показано, що модифікування метилхлорсиланами приводить до зниження структурно-механічних показників дисперсій пірогенного кремнезему у воді та декані, а також до зменшення величини граничної адсорбції вітаміну В₁ з водних розчинів при високих рН.

1. Аналіз літературних джерел показав, що синтез частково гідрофобізованих пірогенних кремнеземів та дослідження їх фізико-хімічних властивостей є актуальними внаслідок відсутності систематичних наукових досліджень в цьому напрямі, існування оптимальних за практично значимими критеріями ступенів гідрофобізації поверхні та інтересу до пірогенного кремнезему як перспективного матеріалу для медицини.

2. Запропоновано спосіб одержання кремнеземів з гідрофільно-гідрофобною поверхнею, який полягає в проведенні термодеструкції метилсилільного покриву. Виявлено відмінності в характері термічного розкладу диметил- і триметилсилільного покриттів на кремнеземі. Встановлено, що термічна стійкість хемосорбованих метилсилільних груп практично не залежить від ступеня модифікування поверхні.

3. При однакових ступенях модифікування поверхні швидкість змочування триметилсилільованих кремнеземів водою є вищою, ніж диметилсилільованих. Швидкість змочування гідрофільних кремнеземів в області ступенів модифікування 0,1-0,2 має мінімум у випадку змочування водою і максимум – при змочуванні деканом. Ступінь модифікування, що характеризує поріг гідрофобності кремнезему, дорівнює 0,55.

4. Модифікування кремнезему метилхлорсиланами спричинює зниження структурно-механічних показників його дисперсій у воді та в декані. Однак встановлено, що із збільшенням ступеня модифікування поверхні підвищується в’язкість та швидкість тиксотропного відновлення структури у водних суспензіях гідрофільних метилсилільованих кремнеземів. У декані ж найшвидше тиксотропне відновлення структури є характерним для повністю метилсилільованих кремнеземів, причому у випадку диметилсилільованих SiO₂ при високих швидкостях зсуву проявляється реопексія.

5. Показано, що визначальну роль в процесі адсорбції вітаміну В₁ з водних розчинів на модифікованих кремнеземах при високих рН відіграють іон-іонні взаємодії катіонів тіаміну із зарядженими групами поверхні адсорбенту, а при низьких рН – гідрофобні взаємодії за участю хемосорбованих метилсилільних груп, вплив яких є більшим у випадку диметилсилільованого кремнезему.

6. Леткі продукти термічного розкладу адсорбованого тіаміну з водних розчинів при рН 7,1 є ідентичними для модифікованих та немодифікованого кремнеземів, що вказує на участь гідроксильних груп в процесі зв’язування вітаміну з поверхнею цих сорбентів у нейтральному водному середовищі. Хімічне модифікування поверхні кремнезему метилхлорсиланами впливає лише на швидкість перебігу окремих стадій процесу термолізу адсорбованого тіаміну.

Основні результати дисертаційної роботи викладено в таких публікаціях:

1. П.О. Кузема. Синтез, спектральне дослідження і комп’ютерне моделювання структури кластерів на поверхні кремнезему // Хімія, фізика та технологія поверхні: Міжвід. зб. наук. пр. / Ін-т хімії поверхні НАН України; гол. ред. О.О. Чуйко. – К.: Вид. дім «КМ Академія». – 2003. – Вип. 9. – С. 18-25.

2. С.В. Паховчишин, О.К. Матковський, Г.Р. Юрченко, В.М. Огенко, А.П. Шиманський, П.О. Кузема. Гідрофобно-гідрофільні властивості метилкремнеземів // Доповіді НАН України. – 2001. – № 9. – С. 144-146.

Здобувачем було синтезовано зразки, проведено ІЧ спектральні дослідження та вивчено динаміку змочування водою та деканом всіх зразків метильованого кремнезему.

3. П.А. Кузема, Б.Г. Мисчанчук, В.А. Покровский, В.М. Огенко. Масс-спектрометрия продуктов термостимулированных химических превращений на поверхности диметил- и триметилсилилированных пирогенных кремнеземов // Украинский химический журнал. – 2003. – Т. 69. – № 8. – С. 103-107.

Здобувачем було синтезовано всі досліджувані зразки диметил- і триметилсилільованих кремнеземів, здійснено ІЧ спектральне вивчення їх поверхні, проведено аналіз одержаних мас-спектрів та математичну обробку термограм основних продуктів термолізу вказаних зразків.

4. С.В. Паховчишин, В.Ф. Гриценко, В.М. Огенко, А.П. Шиманський, П.О. Кузема. Дослідження міжагрегатної взаємодії нанорозмірних систем кремнезему в полярному та неполярному середовищах // Доповіді НАН України. – 2003. – № 8. – С. 141-145.

Здобувачем було синтезовано досліджувані зразки, проведено ІЧ спектральний аналіз їх поверхні та визначено деякі структурно-механічні характеристики їх дисперсій у воді та декані.

5. Паховчишин С.В., Матковский А.К., Юрченко Г.Р., Огенко В.М., Шиманский А.П., Кузема П.А. Влияние степени химического модифицирования диметилдихлорсиланом на гидрофильно-гидрофобные свойства пирогенного кремнезема // Обработка дисперсных материалов и сред. – Одесса: НПО «ВОТУМ», 2000. – Вып. 10. – С. 164-167.

Здобувачем методами ІЧ спектроскопії та капілярного поглинання рідин було досліджено всі зразки метилсилільованих кремнеземів.

6. Кузема П.О. Розрахунки кластерів SiO₂ на поверхні кремнезему методами молекулярної та квантової механіки // Вісник СНАУ. – 2001. – Вип. 7. – С. 150-152.

7. П.О. Кузема, І.В. Лагута. Адсорбційні та мас-спектрометричні дослідження взаємодії тіаміну з поверхнею гідрофільно-гідрофобних кремнеземів // Сборник статей по материалам 10-й международной научно-методической конференции “Технологии ХХІ века”. – Алушта, 2003. – Т. 2. – С. 118-122.

Здобувачем було синтезовано всі досліджувані зразки, охарактеризовано їх методом ІЧ спектроскопії, вивчено адсорбцію вітаміну В₁ з водних розчинів, досліджено процес термолізу вітаміну на поверхні зразків.

8. Паховчишин С.В., Матковский А.К., Юрченко Г.Р., Огенко В.М., Шиманский А.П., Кузема П.А. Влияние степени химического модифицирования диметилдихлорсиланом на гидрофильно-гидрофобные свойства пирогенного кремнезема // Cборник тезисов «Вибротехнология-2000». – Одесса: НПО «ВОТУМ», 2000. – С. 29.

Здобувачем методами ІЧ спектроскопії та капілярного поглинання рідин було досліджено всі зразки диметилсилільованих кремнеземів.

9. Stepan V. Pakhovchyshyn, Vladimir M. Ogenko, Pavel A. Kuzema. Hydrophilic-hydrophobic properties of pyrogenic silica with nanoclusters on the modified by dimethyldichlorosilane surface // The Third International Conference “Chemistry of Highly-Organized Substances and Scientific Principles of Nanotechnology”. – Petergof; St. Petersburg, Russia. – 2001. – P. 323-324.

Здобувачем було синтезовано зразки, проведено ІЧ спектральні дослідження та вивчено динаміку змочування водою та деканом всіх зразків диметилсилільованого кремнезему.

10. P.O. Kuzema, I.V. Laguta, V.O. Pokrovskiy. Adsorption and thermolysis of thiamine on silicas with varied hydrophobicity // VII Polish-Ukrainian Symposium on Theoretical and Experimental Studies of Interfacial Phenomena and their Technological Applications. – Lublin, Poland. – 2003. – P. 138-140.

Здобувачем було синтезовано всі досліджувані зразки метилсилільованих кремнеземів, охарактеризовано їх методом ІЧ спектроскопії, вивчено адсорбцію вітаміну В₁ з водних розчинів, досліджено процес термолізу вітаміну на поверхні зразків та проведено математичну обробку термограм основних продуктів термолізу.

11. Кузема П.О., Гриценко І.В., Патей Л.М., Галаган Н.П. Гідрофільно-гідрофобні високодисперсні кремнеземи як потенційні носії для створення нового класу біокомпозитів // Тези доповідей ІІІ Міжнародної науково-практичної конференції “Наука і соціальні проблеми суспільства: медицина, фармація, біотехнологія”. – Харків. – 2003. – Ч. 2. – С. 269.

Здобувачем було проведено синтез досліджуваних зразків, здійснено ІЧ спектральний аналіз їх поверхні та вивчено процес адсорбції на них вітаміну В₁.

12. П.О. Кузема, І.В. Лагута. Адсорбція тіаміну на високодисперсних кремнеземах регульованої гідрофобності // Тези доповідей Всеукраїнської конференції молодих вчених з актуальних питань хімії. – Київ. – 2003. – С. 128.

Здобувачем було синтезовано всі досліджувані зразки, вивчено будову їх поверхні методом ІЧ спектроскопії та досліджено адсорбцію вітаміну В₁ з водних розчинів на цих зразках.